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piv图像实时处理技术研究

PIV图像实时处理技术研究

作者：姜冠楠华中科技大学

学位级别：硕士

高超声速飞行器在未来军事、政治和经济中将发挥重要的战略作用,已成为各国抢战空间战略优势的利器。高超声速风洞作为高超声速流场测量研究的理想平台受到各国的高度重视,测量技术能否准确地测量高超声速流场成为了高超声速技术发展的... 详细信息

高超声速飞行器在未来军事、政治和经济中将发挥重要的战略作用,已成为各国抢战空间战略优势的利器。高超声速风洞作为高超声速流场测量研究的理想平台受到各国的高度重视,测量技术能否准确地测量高超声速流场成为了高超声速技术发展的关键。由于高超声速流场的非定常特性,对测量技术提出了很高的要求。粒子图像测速法(Particle Image Velocimetry,piv)自诞生以来,广泛应用于高速流场测量中。piv图像处理技术涉及piv图像处理算法和piv图像处理系统,具有非常重要的理论意义和实际意义。本文对piv图像实时处理技术进行了研究,具体研究工作如下:(1)针对当前piv测量技术采用PC作为处理平台而导致的实时性不足问题,本文对piv图像实时处理技术进行了研究,并开发了一套piv图像实时处理系统。该系统能够实时处理流场图像,图像处理速率最高可达100fps,数据传输带宽最高可达10.24Gbps。(2)针对piv图像的实时处理需求,设计了一套基于FPGA+2DSP架构的piv图像处理硬件平台。该平台以FPGA芯片作为控制核心,DSP芯片作为处理核心,显示单元作为人机交互核心。相较于传统平台,大幅提高了传输速率和处理速率。(3)针对piv图像处理硬件平台的特点,设计了piv图像处理平台固件系统。该系统实现了CameraLink数据的接收,DDR3的图像数据高速缓存,Switch芯片的配置,SRIO高速数据据传输和以太网通信传输等。最后对各固件子模块进行了实验验证,实验结果表明各子模块工作正常,数据传输准确率高达99%。(4)针对piv图像处理系统的算法实时处理需求,设计了预处理算法固件系统和流场估计算法固件系统。前者采用高斯滤波算法消除图像噪声,流场估计算法实现了互相关算法和光流算法的实时处理。针对预处理算法固件系统和流场算法固件系统分别设计了实验,结果表明预处理固件系统能够有效去除图像噪声,流场算法固件系统能够实时计算出流场的速度矢量图和幅值矢量图,处理速率高达100fps。

关键词：高超声速流场 piv测量技术互相关算法光流算法

基于piv技术的棒束通道流场及子通道流量测量研究

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基于PIV技术的棒束通道流场及子通道流量测量研究

基于Spiv的船舶标称伴流场受装载状态影响的试验研究

中国核学会2021年学术年会

作者：陈登高毕景良黄彦平袁德文昝元峰徐建军中国核动力研究设计院核反应堆热工水力技术重点实验室

为研究交混格架对棒束子通道流量分布影响,本文基于piv流场测量技术开展了5×5棒束交混格架下游流场测量,并通过竖直积分方法计算了棒束子通道流量。研究获取了5×5棒束交混格架下游不同竖直截面的流场分布,计算得到了棒束子通道流量。... 详细信息

为研究交混格架对棒束子通道流量分布影响,本文基于piv流场测量技术开展了5×5棒束交混格架下游流场测量,并通过竖直积分方法计算了棒束子通道流量。研究获取了5×5棒束交混格架下游不同竖直截面的流场分布,计算得到了棒束子通道流量。结果表明,格架交混翼能够明显强化格架下游横向流速,其影响距离超过7D,且在不同入口流量下横向速度分布十分接近。本文提出的子通道流量测量方法能够有效地获取棒束子通道流量值。流量分布结果表明在本次研究中交混格架使得格架下游1D范围内子通道中心流量明显高于其他区域。

关键词： piv测量技术棒束组件子通道流量

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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中国造船 2018年第3期59卷 98-107页

作者：吴铁成郭春雨骆婉珍赵大刚佘文轩哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

论文以某76000 DWT巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(ParticleImage Velocimetry,简称piv)技术对设计吃水与压载吃水装载状态下船舶的标称伴流场进行了测量,测量结果精细的展现了舭涡、假毂毂帽涡以及"钩状"速度等值... 详细信息

论文以某76000 DWT巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(ParticleImage Velocimetry,简称piv)技术对设计吃水与压载吃水装载状态下船舶的标称伴流场进行了测量,测量结果精细的展现了舭涡、假毂毂帽涡以及"钩状"速度等值线结构,其流场特性与KVLCC,JBC等U型艉肥大型船舶艉流场特性符合。最后,对设计吃水与压载吃水工况下船舶标称伴流场进行了轴向速度分布,速度矢量分布、旋涡强度、涡量以及流线等对比分析。结果表明:桨盘面内流场受船舶装载状态影响较大,外流场区域受装载状况影响较弱。设计吃水状态下螺旋桨盘面舭涡呈现"圆形"而压载吃水状态呈现为"耳形"且设计吃水状态涡量较大。另外,不同装载状态下舭涡与假毂毂帽涡的旋涡中心不同。

关键词： piv测量技术标称伴流场压载吃水舭涡毂帽涡

基于Spiv的船体附着冰对尾流场影响试验研究

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中国科学：技术科学 2017年第7期47卷 738-748页

作者：骆婉珍郭春雨吴铁成苏玉民哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水下智能机器人技术国防科技重点实验室哈尔滨150001

以76000DWT 1B级冰区加强型巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(particle image velocimetry,piv)技术对船舶的敞水标称伴流场进行了测量,测量结果精细地展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线结构,其流场特性... 详细信息

以76000DWT 1B级冰区加强型巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(particle image velocimetry,piv)技术对船舶的敞水标称伴流场进行了测量,测量结果精细地展现了舭涡、螺旋桨毂帽涡以及"钩状"速度等值线结构,其流场特性与KVLCC,JBC等U型尾肥大型船舶尾流场特性符合.最后,应用Spiv(2D-3C piv)测量系统对船体具有模型冰附着条件下进行了尾部标称伴流场测量,并对轴向速度分布,速度矢量分布、旋转强度、涡量以及流线等进行了分析.结果表明:冰载荷的附着使船舶尾部区域产生相当于附着冰厚度的"虚拟厚度","虚拟厚度"的存在破坏了原有的优秀线型设计,使船舶表现为整体宽V型的非最优尾部.船底及舷侧附着冰的存在,导致裸船体航行时产生的尾部伴流场受到干扰,船壳附近湍流边界层结构被破坏,模型冰的非流线型外形使得冰后产生复杂涡系,多涡系相互干扰导致产生混乱的涡结构.

关键词：船体附冰模型冰标称伴流场流场特性 piv测量技术

模型冰尺寸对船舶尾流场影响的piv试验研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第11期45卷 80-86页

作者：骆婉珍郭春雨吴铁成苏玉民哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水下智能机器人技术国防科技重点实验室黑龙江哈尔滨150001

以76000DWT 1B级冰区加强型巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(piv)技术对船舶的敞水标称伴流场及船体具有不同尺寸模型冰(5cm×5cm×2cm,10cm×10cm×2cm,15cm×15cm×2cm)附着条件下尾部标称伴流场进行了测量,模型... 详细信息

以76000DWT 1B级冰区加强型巴拿马散货船的缩比模型为研究对象,应用粒子图像测速(piv)技术对船舶的敞水标称伴流场及船体具有不同尺寸模型冰(5cm×5cm×2cm,10cm×10cm×2cm,15cm×15cm×2cm)附着条件下尾部标称伴流场进行了测量,模型冰选取聚乙烯泡沫挤塑板.并对轴向速度分布、速度矢量分布及流线等进行了分析.研究结果表明:船底及舷侧附着冰的存在,导致裸船体航行时产生的艉部伴流场受到干扰,船壳附近湍流边界层结构被破坏,附着冰状态下均表现为较高的平均伴流值,敞水工况下的平均伴流值、15cm模型冰工况下的平均伴流值、10cm模型冰工况下的平均伴流值、5cm模型冰工况下的平均伴流值呈现依次递增的情况.

关键词：船体附冰模型冰标称伴流场流场特性 piv测量技术

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管道滞留气团运动特性piv实验与数值模拟

水力发电学报 2019年第5期38卷 72-80页

作者：黄浩成陈奇蒋劲廖志芳刘来全谈凯武汉大学水力机械过渡过程教育部重点实验室武汉430072 湖北省水利水电科学研究院武汉430070 博纳斯威博纳斯威阀门有限公司天津300350

为研究有压输水管道水流速度和局部高点的管道角度等因素对局部高点滞留气团运动特性的影响,搭建有压管道局部高点滞流气团实验平台,通过激光粒子测速系统(piv)对局部高点处的流速进行测量;结合RSM湍流模型结合VOF多相流模型,构建局部... 详细信息

为研究有压输水管道水流速度和局部高点的管道角度等因素对局部高点滞留气团运动特性的影响,搭建有压管道局部高点滞流气团实验平台,通过激光粒子测速系统(piv)对局部高点处的流速进行测量;结合RSM湍流模型结合VOF多相流模型,构建局部高点气-液两相流体动力学模型进行数值模拟,分析管内流速、局部高点角度和气团体积对有压管道排气性能的影响。研究结果表明,随着水流速度增大,局部高点滞留气团呈现三种状态,即无气泡产生、气团产生气泡且部分被排出、气团一次性被排出;在其他条件相同时,若气体大于一定体积,一次性将气体携带出局部高点所需的水流速度增幅将减缓;局部高点角度越大,一次性将气体携带出局部高点所需的水流速度越大。

关键词：重力输水管道滞留气团 piv测量技术运动特性

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离心泵内流动湍流应力的piv测量

水泵技术 2015年第5期 1-6页

作者：邵杰李彦峰吴玉林国核电力规划设计研究院北京100095 清华大学北京100084

本文利用可视化的"激光粒子成像测速技术(piv)"对离心泵叶轮内部流场进行速度测量,并按照piv数据分析的特点获得了测量区域的主雷诺切应力、主雷诺正应力和黏性切应力的分布。结果表明,主雷诺切应力的较大值均出现在叶片表面及叶轮出口... 详细信息

本文利用可视化的"激光粒子成像测速技术(piv)"对离心泵叶轮内部流场进行速度测量,并按照piv数据分析的特点获得了测量区域的主雷诺切应力、主雷诺正应力和黏性切应力的分布。结果表明,主雷诺切应力的较大值均出现在叶片表面及叶轮出口处,随着叶片相位的不同,切应力分布也发生变化。主雷诺正应力以及黏性切应力的分布与主雷诺切应力的分布基本相同。

关键词：离心泵微小型泵 piv测量技术内部流动分析湍流应力

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离心泵叶轮变转速工况的内部流动测量

水泵技术 2011年第2期 11-15页

作者：邵杰刘树红吴玉林国核电力规划设计研究院北京100094 清华大学热能工程系 100084

本文利用可视化的激光粒子成像测速技术(piv)使用自制的同步器对离心泵叶轮的变转速工况进行了内部流场的速度测量。获得了变转速工况下试验测量区域的速度分布。测量结果显示在变转速工况下,扬程随转速的变化而变化。高转速的速度比低... 详细信息

本文利用可视化的激光粒子成像测速技术(piv)使用自制的同步器对离心泵叶轮的变转速工况进行了内部流场的速度测量。获得了变转速工况下试验测量区域的速度分布。测量结果显示在变转速工况下,扬程随转速的变化而变化。高转速的速度比低转速的速度数值要大,但速度的方向和分布相似。

关键词：离心泵叶轮变转速工况 piv测量技术

稀土氯化物液滴运动规律对制备稀土纳米氧化物的影响

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稀土氯化物液滴运动规律对制备稀土纳米氧化物的影响

作者：李赛楠内蒙古科技大学

学位级别：硕士

目前来说现有稀土矿产在地理上的分布并不是很均匀,并且具有经济开采价值的稀土资源是少之又少。而中国是世界上稀土资源较为丰富的国家,不仅矿物种类丰富,而且稀土元素也比较齐全,稀土资源位居世界首位。而稀土纳米氧化物因独特的物理... 详细信息

目前来说现有稀土矿产在地理上的分布并不是很均匀,并且具有经济开采价值的稀土资源是少之又少。而中国是世界上稀土资源较为丰富的国家,不仅矿物种类丰富,而且稀土元素也比较齐全,稀土资源位居世界首位。而稀土纳米氧化物因独特的物理化学性质也成为国内外科学家研究的热点之一,目前稀土纳米氧化物的制备方法有很多种,但是很多方法因为工艺流程、成本等因素存在着问题;如果想要精准的调节并控制粉末的组成和粒度还是比较困难的。喷雾热解法是在气泵或者稳压机的作用下将前驱体溶液经喷嘴喷出后便会被雾化成小液滴,此时比表面积剧烈增加,反应活性加大,在反应炉内发生快速热解等反应,最后干燥成颗粒状。本论文利用喷雾热解法通过液滴的规律来控制稀土纳米氧化物的形成。为了实现对雾化液滴粒径的检测,提出piv测量技术;并结合喷雾热解实验制备稀土纳米氧化物,在不同压力工况下对雾化液滴以及产物粒径进行了研究。论文中搭建适用于本实验的冷态试验台,通过piv测量技术完整的拍摄到满足处理的图片;搭建喷雾热解实验的热态实验台,以此来制备物相单一的稀土纳米氧化铈;通过Image等软件对拍摄的图片进行处理,得到拍摄到的液滴与实际液滴之间的关系式;并且以0.15MPa为例研究不同时刻的雾化效果,通过分析速度矢量图、速度云图、流线图以及计算得到的液滴粒径分布可知随着时间的变化在0.55s以后雾化效果达到稳定的效果;研究0.15MPa、0.2MPa、0.25MPa、0.3MPa、0.35MPa、0.4MPa六个压力工况的雾化效果;通过研究喷雾的效果、喷雾锥角、速度矢量图、速度云图以及喷雾流线的规律,得知随着压力的增加液滴大小呈变缓的趋势;根据喷雾热解法分析了不同工况下制备稀土纳米氧化铈。XRD物相分析可知制得产物为单一物相的二氧化铈,由谢乐公式可知半峰宽与粒径成反比,故制得的二氧化铈可能在0.25MPa左右粒径最小;雾化液滴D与稀土纳米氧化物产物粒径进行拟合,得到两者之间的关系公式。

关键词： piv测量技术雾化液滴喷雾热解纳米氧化物